超聲相控陣動作原理

超聲相控陣是超聲探頭晶片的組合，由多個壓電晶片按一定的規律分布排列，然后逐次按預先規定的延遲時間激發各個晶片，所有晶片發射的超聲波形成一個整體波陣面，能有效地控制發射超聲束（波陣面）的形狀和方向，能實現超聲波的波束掃描、偏轉和聚焦。

它為確定不連續性的形狀、大小和方向提供出比單個或多個探頭系統更大的能力。超聲相控陣檢測技術使用不同形狀的多陣元換能器產生和接收超聲波束，通過控制換能器陣列中各陣元發射(或接收)脈沖的不同延遲時間，變換聲波到達(或來自)物體內某點時的相位關系，實現焦點和聲束方向的變化，從而實現超聲波的波束掃描、偏轉和聚焦。

然后采用機械掃描和電子掃描相結合的方法來實現圖像成像。通常使用的是一維線形陣列探頭，壓電晶片呈直線狀排列，聚焦聲場為片狀，能夠得到缺陷的二維圖像，在工業中得到廣泛的應用。

線陣探頭相控陣超聲檢測

基于相控陣對聲束的控制原理,采用模擬軟件CIVA對聚焦聲場進行模擬.通過改變探頭單組激發晶片數目,頻率和聚焦深度,分析三者之間的關系;結合人工缺陷的實際檢測結果,探討聚焦與不聚焦檢測的實施方法.試驗表明,采用相控陣超聲進行聚焦檢測時存在焦點與聲壓位置的重合區和分離區,且合適的聚焦區域在近場區范圍以內;不聚焦檢測時應該根據缺陷的埋藏深度設置合理的單組激發晶片數目.以獲得較好的檢測效果.

相控陣超聲檢測

動態深度掃描又稱動態深度聚焦，超聲聲束沿陣元中軸線，對不同深度的焦點進行掃描。分為發射動態深度聚焦和接收動態深度聚焦：發射動態聚焦即在發射時以不同聚焦深度延遲對探頭進行分別激發，聲束焦點在空間中深度方向延伸；接收動態聚焦在發射時使用單個聚焦脈沖，通過接收時不同深度接收延遲對回波脈沖重新聚焦。右圖為動態深度掃描示意圖，以及普通扇形掃描成像和動態深度聚焦成像對比。

相控陣探頭參數影響

相控陣超聲陣列探頭的性能對檢測分辨率的影響很大，如何設計探頭參數是極為關鍵的技術之一。要想獲得化的設計效果需要研究相控陣陣列探頭對聲束指向性、聚焦效果等特性的影響。

影響聲束特性的探頭參數主要包括：探頭陣元數（N）、陣元間距（d）和陣元寬度（a）。這里列舉一個通過實驗來分析相控陣探頭參數對聚焦聲場的影響，并計算確定合適的陣列參數，以獲得較好的聲束特性，從而使超聲檢測的分辨力提高。